Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret
R-folyamat
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Sugárzás-időszak
Az egyik folyamat, amelynek során a vas-56-nál nehezebb atommag jöhet létre azzal kezdődik, hogy egy neutron egy atommaggal ütközik és egyesül. Így neutronokban gazdagabb, nehezebb atommaghoz jutunk, amelyben azonban ugyanannyi proton van, mint az eredetiben, tehát a rendszáma is ugyanannyi. Ezek az atommagok csupán az eredeti elem nehezebb izotópjai, tehát még nem értük el a célunkat, vagyis nem jutottunk más, nehezebb elemhez.
A folyamat azonban még nem fejeződött be. Ezek az új izotópok a protonok és a neutronok számától függően lehetnek stabilak vagy instabilak. Ha a neutronbefogás egy instabil izotópot eredményez, az atommag spontán radioaktív bomláson mehet keresztül. Például ‘béta-bomlás’ történhet, amelynek során az atommagból egy elektron és egy antineutrínó lép ki, így az atommag egyik neutronja protonná alakul át. Ennek eredményeként olyan atommag keletkezik, amelyben eggyel több proton és eggyel kevesebb neutron van. Mivel ilyenkor megváltozik a protonok száma, így most már valóban új, az eredetitől eltérő elem képződik.
Meghatározó tényező, hogy abban a folyamatban, amelyben a neutronbefogást béta-bomlás követi, a neutronbefogás folyamata lassú vagy gyors volt-e a béta-részecskék kibocsátásához képest. Ez a két eset, amelyeket s- illetve r-folyamatként szoktak emlegetni különböző elemekhez vezet és a Világegyetemben eltérő körülmények között megy végbe. (Az ‘s’ az angol slow=lassú, az ‘r’ pedig a rapid=gyors szóra utal – a fordító megjegyzése).
Gyorsneutron befogás: r-folyamat
Ha nagyon sok neutron keletkezik és az instabil atommagnak van elegendő ideje arra, hogy több neutront is elnyeljen, akkor egymás után több neutron is átalakulhat protonokká (ld. az ábrát): így jönnek létre a természetben a legnagyobb rendszámú elemek.
Most pedig fedezzük fel, hogy a Világegyetemben hol történhet meg az r-folyamat. Amint azt az előző cikkben írtuk, ha egy csillag tömege nagyobb, mint a Nap tömegének nyolcszorosa, a centrumában elegendően magas hőmérséklet és nagy nyomás alakul ki ahhoz, hogy beinduljon a szén és az oxigén atommagok fúziója, és végül kialakuljon egy vasmag. A csillag szerkezete ebben az utolsó élet-szakaszban egy hagymához hasonlít (ld. az ábrát): a legkülső réteg hidrogénből és héliumból áll, befelé haladva a rétegek egyre nehezebb atommagokat tartalmaznak, amelyek az egymást követő fúziós folyamatokban keletkeztek.
Egy
végső életszakaszban lévő nagy tömegű csillag hagymához hasonló szerkezete:
a legkülső réteg hidrogénből és héliumból áll, majd – a vassal bezárólag –
egyre nehezebb atommagokat tartalmazó rétegek következnek, az egymást követő
fúziós folyamatoknak köszönhetően. Mafalda Martins, ESO, szíves
hozzájárulásával
A vas túlságosan stabil ahhoz, hogy továbbalakuljon, ezért felhalmozódik és a belőle kialakuló mag egyre növekszik. Azonban van egy határ (ezt Chandrasekhar határnak nevezik), amelyen túl a vasmag nem növekedhet tovább, mivel nem bírja kiegyensúlyozni a megnövekedett gravitációs vonzóerőt. Ekkor katasztrófaszerű gyorsasággal összeroskad a csillag (a mag külső rétegei 250 millió km/h sebességgel zuhannak befelé). A mag zsugorodása addig tart, amíg a befelé zuhanó anyag visszacsapódik, az összes energiáját átadja a külső rétegeknek, így egy hatalmas erejű robbanás következik be (ld. az ábrát). Ezt a jelenséget szupernóva-robbanásnak nevezzük, pontosabban II. típusú szupernóvának (SN II).
II.
típusú szupernóva különböző fázisai:
a mag összeroskadása, robbanás és a szupernóva maradványa.
Mafalda Martins, ESO, szíves hozzájárulásával
A II. típusú szupernóva vasmagjának összeroskadása során megy végbe az r-folyamat. Az összeroskadás során egy elektron és egy proton összeolvad, így egy neutron és egy neutrínó jön létre. A neutron-fluxus (az egységnyi idő alatt egységnyi területre eső részecskék száma) akkora (nagyságrendben 1022 neutron cm2/s), hogy az atommagnak van ideje arra, hogy több neutront is befogjon, mielőtt béta-bomlással átalakul. R-folyamat során keletkezik többek között az arany, az európium, a lantán, a polónium, a tórium és az urán.
Példák az s- és az r-folyamatra. A táblázatban minden hely egy lehetséges atommagnak felel meg. A neutronok száma vízszintes irányban változik, a protonok száma pedig függőleges irányban. Így minden vízszintes sor egy elem különböző izotópjainak felel meg. A bemutatott útvonalak közül a vízszintesen jobbra bekövetkező lépések annak felelnek meg, hogy az atommag egy neutronnal gyarapodott. A balra fölfelé átlósan ábrázolt lépések a béta-bomlásokat mutatják, amelyek során egy neutron egy protonná alakul át, miközben egy elektront és egy antineutrínót bocsát ki. -- Figyeljük meg, hogy a vízszintes nyomok az s-folyamatnál rövidebbek, mint az r-folyamatnál (az s-folyamatnál kevessebb neutront fog be az atommag) és ennek következményeként a függőleges irányú lépés is rövidebb (kisebb azoknak a neutronoknak a száma, amelyek protonokká alakulhatnak).
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Sugárzás-időszak
-------------------------------------
http://www.scienceinschool.org/print/497